F #, morphologie des images binaires

introduction

Appliquée aux images binaires, la morphologie est utilisée pour décrire les propriétés de cette image. Et les opérations de morphologie mathématique sont utilisées pour les transformations d'ensembles. À cet égard, ils sont commodément utilisés pour traiter des images binaires avec une analyse ultérieure.

L'article discutera les opérations de base de la morphologie mathématique (binaire) dans le contexte de F #. Et aussi, à la fin de l'article, je donnerai un exemple d'analyse du résultat, qui peut être utilisé dans les algorithmes de vision industrielle.

Cet article utilisera le matériel discuté dans mon article précédent sur l'analyse de l'algorithme d'étiquetage pour les composants associés. Vous pouvez vous familiariser avec l'article ici: F #, un algorithme pour marquer les composants connectés d'une image .

Opérations de base de la morphologie binaire

Afin de mener une opération de morphologie binaire, nous avons besoin

• Image binaire originale (B)
• Élément structurel (S)
  

  Un élément structurant est une description d'une zone d'une certaine forme. Cette zone peut avoir n'importe quelle taille et forme, qui peut être représentée comme une image binaire
  

,

$$

$$Box(3, 5) = \begin{matrix}*&*&*&*&*\\*&*&*&*&*\\*&*&*&*&*\end{matrix}$$

$$

$$Disk(5, 5) = \begin{matrix}0&*&*&*&0\\*&*&*&*&*\\*&*&*&*&*\\*&*&*&*&*\\0&*&*&*&0\end{matrix}$$

$$

$$Ring(5, 5) = \begin{matrix}0&*&*&*&0\\*&0&0&0&*\\*&0&0&0&*\\*&0&0&0&*\\0&*&*&*&0\end{matrix}$$

, , .

. , . , .

.

B S B ⊕ S

$$

$$B \oplus S = \underset{b\in B}{\cup} S_b$$

. S . , , .

.

Figure 1: B

$$

$$\begin{matrix} 0&0&0&0&0&0&0&0\\ *&*&*&*&*&*&*&0\\ 0&0&0&*&*&*&*&0\\ 0&0&0&*&*&*&*&0\\ 0&0&*&*&*&*&*&0\\ 0&0&0&*&*&*&*&0\\ 0&0&*&*&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0 \end{matrix}$$

Figure 2: S

$$

$$\begin{matrix} *&*&*\\ *&*&*\\ *&*&* \end{matrix}$$

Figure 3: B ⊕ S

$$

$$\begin{matrix} *&*&*&*&*&*&*&*\\ *&*&*&*&*&*&*&*\\ *&*&*&*&*&*&*&*\\ 0&*&*&*&*&*&*&*\\ 0&*&*&*&*&*&*&*\\ 0&*&*&*&*&*&*&*\\ 0&*&*&*&*&*&*&*\\ 0&*&*&*&*&0&0&0\\ \end{matrix}$$

F#, .

let (>.) value checkValue = if value > checkValue then checkValue else value
let (<.) value checkValue = if value < checkValue then checkValue else value

let subArrayOfMaks array2d mask (centerX, centerY) (maskCenterX, maskCenterY) = 
        let (rows, cols) = Matrix.sizes {values = array2d}
        let (maskRows, maskCols) = Matrix.sizes {values = mask}

        let x1 = centerX - maskCenterX
        let y1 = centerY - maskCenterY
        let x2 = x1 + maskCols - 1
        let y2 = y1 + maskRows - 1

        (x1 <. 0, x2 >. (cols - 1), y1 <. 0, y2 >. (rows - 1))

let upbuilding array2d mask (maskCenterX, maskCenterY) =

        let sub source mask (x, y) (maskCenterX, maskCenterY) =
            let (x1, x2, y1, y2) = subArrayOfMaks source mask (x, y) (maskCenterX, maskCenterY)
            source.[y1..y2, x1..x2] <- mask

        let copy = (Matrix.cloneO {values = array2d}).values
        array2d |> Array2D.iteri (fun y x v -> if v = 1 then sub copy mask (x, y) (maskCenterX, maskCenterY))

        copy

upbuilding

let upbuilding array2d mask (maskCenterX, maskCenterY) =

, .

>. <.

let (>.) value checkValue = if value > checkValue then checkValue else value
let (<.) value checkValue = if value < checkValue then checkValue else value

value —
checkValue — ( )

value ( ) checkValue, checkValue, — value. nil Swift (??), , ( ).
,

2 <. 3 //  3

3 <. 2 //  3

, .

subArrayOfMaks

let subArrayOfMaks array2d mask (centerX, centerY) (maskCenterX, maskCenterY) = 

.

array2d — ( )
mask — ()
(centerX, centerY) — ,
(maskCenterX, maskCenterY) — . , . , .

upbuilding

array2d —
mask —
(maskCenterX, maskCenterY) —

let upbuilding array2d mask (maskCenterX, maskCenterY) =

        //      ,        
        let sub source mask (x, y) (maskCenterX, maskCenterY) =
            //    
            let (x1, x2, y1, y2) = subArrayOfMaks source mask (x, y) (maskCenterX, maskCenterY)
            //    
            source.[y1..y2, x1..x2] <- mask

        //    ,  
        let copy = (Matrix.cloneO {values = array2d}).values
        //      
        array2d |> Array2D.iteri (fun y x v -> if v = 1 then sub copy mask (x, y) (maskCenterX, maskCenterY))

        //    
        copy

, .

B S B ⊖ S

$$

$$B \ominus S = { b | b + s \in B ∀s \in S }$$

"" . , .

( , Figure 1).

Figure 4: B ⊖ S

$$

$$\begin{matrix} 0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&*&*&0&0\\ 0&0&0&0&*&*&0&0\\ 0&0&0&0&*&*&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0\\ \end{matrix}$$

F#. , F#

//    ,     array2d   mask?
let contains array2d mask =
        if Matrix.isEquallySized (Matrix.ofArray2D array2d) (Matrix.ofArray2D mask) then
            not (array2d
                 |> Array2D.mapi (fun x y v -> if mask.[x, y ] = 0 then 1
                                               elif mask.[x, y] = v then 1
                                               else 0)
                 |> Seq.cast<int>
                 |> Seq.contains 0)
        else false

// ,   
let erosion array2d mask (maskCenterX, maskCenterY) =

        let sub source (dest: int [,]) mask (x, y) (maskCenterX, maskCenterY) =
            let (x1, x2, y1, y2) = subArrayOfMaks source mask (x, y) (maskCenterX, maskCenterY)
            let subArray2d = source.[y1..y2, x1..x2]

            if contains subArray2d mask then
                dest.[y, x] <- 1

        let copy = (Matrix.cloneO {values = array2d}).values
        array2d |> Array2D.iteri (fun y x v -> if v = 1 then sub array2d copy mask (x, y) (maskCenterX, maskCenterY))

        copy

, . , , .

.

B S B • S

$$

$$B • S = (B \oplus S) \ominus S$$

F#

let closure array2d mask (centerX, centerY) = 
        let step1 = upbuilding array2d mask (centerX, centerY)
        let step2 = erosion step1 mask (centerX, centerY)

        step2

Figure 5: B • S

$$

$$\begin{matrix} 0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&*&*&*&*&*&*&0\\ 0&0&*&*&*&*&*&0\\ 0&0&*&*&*&*&*&0\\ 0&0&*&*&*&*&*&0\\ 0&0&*&*&*&*&*&0\\ 0&0&*&*&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0\\ \end{matrix}$$

B S B ◦ S

$$

$$B ◦ S= (B \ominus S) \oplus S$$

F#

let opening array2d mask (centerX, centerY) = 
        let step1 = erosion array2d mask (centerX, centerY)
        let step2 = upbuilding step1 mask (centerX, centerY)

        step2

Figure 6: B ◦ S

$$

$$\begin{matrix} 0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&*&*&*&*&0\\ 0&0&0&*&*&*&*&0\\ 0&0&0&*&*&*&*&0\\ 0&0&0&*&*&*&*&0\\ 0&0&0&*&*&*&*&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0\\ \end{matrix}$$

, , , . , . , .

. , . , .

Figure 7:

$$

$$\begin{matrix} 0&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&*&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&*&*&*&0&0&0&*&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0&*&0\\ 0&0&0&0&*&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&*&*&0&0&*&0\\ 0&0&0&*&*&*&*&0&*&0\\ 0&0&0&*&0&0&0&0&*&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&*&*&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\ \end{matrix}$$

Figure 8:

$$

$$\begin{matrix} *\\ *\\ *\\ \end{matrix}$$

, , ( , ). ,

Figure 9:

$$

$$\begin{matrix} 0&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&*&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&*&*&0&0&*&0\\ 0&0&0&*&*&*&*&0&*&0\\ 0&0&0&*&0&0&0&0&*&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&*&*&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\ \end{matrix}$$

F#

//    
let origin = array2D [[0;0;0;0;0;0;0;0;0;0]
                      [0;0;1;0;0;0;0;0;0;0]
                      [0;1;1;1;0;0;0;1;0;0]
                      [0;0;0;0;0;0;0;0;1;0]
                      [0;0;0;0;1;0;0;0;0;0]
                      [0;0;0;0;1;1;0;0;1;0]
                      [0;0;0;1;1;1;1;0;1;0]
                      [0;0;0;1;0;0;0;0;1;0]
                      [0;0;0;0;0;0;0;1;1;0]
                      [0;0;0;0;0;0;0;0;0;0]]

//  
let mask = array2D [[1]
                    [1]
                    [1]]

//      
let marked = Algorithms.markingOfConnectedComponents origin
//  
let erosion = Algorithms.erosion origin mask (0, 1)

printfn "origin = \n %A" origin
printfn "marked = \n %A" marked
printfn "erosion =\n %A" erosion

//        .       ()
let set = erosion |> Seq.cast<int> |> Seq.filter ((<>)0) |> Set.ofSeq

//     ,     
let copy = (Matrix.cloneO {values = marked}).values

//         
erosion
|> Array2D.iteri (fun row col v -> if v = 1 then
                            //     
                            let label = marked.[row, col]
                            if not (set.Contains label) then
                                //       ,       
                                marked |> Array2D.iteri (fun row1 col1 v1 -> if v1 = label then copy.[row1, col1] <- 1)
                         )

printfn "copy =\n %A" copy

origin = 
 [[0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 1; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 1; 1; 1; 0; 0; 0; 1; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 1; 0]
 [0; 0; 0; 0; 1; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 1; 1; 0; 0; 1; 0]
 [0; 0; 0; 1; 1; 1; 1; 0; 1; 0]
 [0; 0; 0; 1; 0; 0; 0; 0; 1; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 1; 1; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]]
marked = 
 [[0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 1; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 1; 1; 1; 0; 0; 0; 3; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 4; 0]
 [0; 0; 0; 0; 5; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 5; 5; 0; 0; 6; 0]
 [0; 0; 0; 5; 5; 5; 5; 0; 6; 0]
 [0; 0; 0; 5; 0; 0; 0; 0; 6; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 6; 6; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]]
erosion =
 [[0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 1; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 1; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 1; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]]
copy =
 [[0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 1; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 1; 1; 0; 0; 1; 0]
 [0; 0; 0; 1; 1; 1; 1; 0; 1; 0]
 [0; 0; 0; 1; 0; 0; 0; 0; 1; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 1; 1; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]]

, , ,

F#

Figure 10:

$$

$$A= \begin{matrix} 0&*&0\\ 0&*&*\\ 0&*&0\\ \end{matrix} , B= \begin{matrix} 0&0&0\\ *&*&*\\ 0&0&0\\ \end{matrix}$$

A B

$$

$$A \cup B$$

Figure 11:

$$

$$\begin{matrix} 0&*&0\\ *&*&*\\ 0&*&0\\ \end{matrix}$$

A B

$$

$$A \cap B$$

Figure 12:

$$

$$\begin{matrix} 0&0&0\\ 0&*&*\\ 0&0&0\\ \end{matrix}$$

A

$$

$$A^c$$

Figure 13:

$$

$$\begin{matrix} *&0&*\\ *&0&0\\ *&0&*\\ \end{matrix}$$

A B

$$

$$A/B$$

Figure 13:

$$

$$\begin{matrix} 0&*&0\\ 0&0&0\\ 0&*&0\\ \end{matrix}$$

F#

// 
let union array2d1 array2d2 = 
        if Matrix.isEquallyArraySized array2d1 array2d2 then
            array2d1 |> Array2D.mapi (fun x y v -> v ||| array2d2.[x, y])
        else failwith "array2d1 is not equal to array2d2"

// 
let intersection array2d1 array2d2 = 
        if Matrix.isEquallyArraySized array2d1 array2d2 then
            array2d1 |> Array2D.mapi (fun x y v -> v &&& array2d2.[x, y])
        else failwith "array2d1 is not equal to array2d2"

//  (    )
let inverse array2d =
        array2d |> Array2D.mapi (fun _ _ v -> v ^^^ 1)

let complement array2d = 
        inverse array2d

// 
let difference array2d1 array2d2 = 
        if Matrix.isEquallyArraySized array2d1 array2d2 then
            array2d1 |> Array2D.mapi (fun x y v -> if v <> array2d2.[x, y] then v else 0)
        else failwith "array2d1 is not equal to array2d2"

, . , . .

Figure 14:

$$

$$\begin{matrix} 0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&*&*&*&*&0&0\\ 0&*&*&*&*&*&0&0\\ 0&*&*&*&*&*&*&1\\ 0&*&*&*&*&*&*&*\\ 0&0&*&*&*&*&*&*\\ 0&0&0&0&0&0&0&0 \end{matrix}$$

Figure 15:

$$

$$\begin{matrix} 0&*&0\\ *&*&*\\ 0&*&0\\ \end{matrix}$$

F#

let borderAllocation array2d mask (maskCenterX, maskCenterY) = 
        let e = erosion array2d mask (maskCenterX, maskCenterY)
        let border = difference array2d e
        border

$$

$$\begin{matrix} 0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&*&*&*&*&0&0\\ 0&*&0&0&0&*&0&0\\ 0&*&0&0&0&0&*&1\\ 0&*&0&0&0&0&0&*\\ 0&0&*&*&*&*&*&*\\ 0&0&0&0&0&0&0&0 \end{matrix}$$

. , . , . , , . , . , , .

, , : ,

$$

$$\begin{matrix} 0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\ 0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&*&*&*&*&0&0\\ *&*&*&*&0&0&0&0&0&*&*&*&*&*&*&0\\ *&*&*&*&0&0&0&0&*&*&*&*&*&*&*&*\\ *&*&*&*&0&0&0&0&*&*&*&*&*&*&*&*\\ *&*&*&*&0&0&0&0&*&*&*&*&*&*&*&*\\ *&*&*&*&0&0&0&0&0&*&*&*&*&*&*&0\\ *&*&*&*&0&0&0&0&0&0&*&*&*&*&*&0\\ *&*&*&*&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\ *&*&*&*&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\ *&*&*&*&0&0&*&*&*&0&0&0&0&0&0&0\\ *&*&*&*&0&0&*&*&*&0&0&0&0&0&0&0\\ *&*&*&*&0&0&*&*&*&0&0&0&0&0&0&0\\ *&*&*&*&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0 \end{matrix}$$

F#

//     
    let multyBinImage = array2D [[0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0]
                                 [0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0]
                                 [0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0]
                                 [0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;1;1;1;1;0;0]
                                 [1;1;1;1;0;0;0;0;0;1;1;1;1;1;1;0]
                                 [1;1;1;1;0;0;0;0;1;1;1;1;1;1;1;1]
                                 [1;1;1;1;0;0;0;0;1;1;1;1;1;1;1;1]
                                 [1;1;1;1;0;0;0;0;1;1;1;1;1;1;1;1]
                                 [1;1;1;1;0;0;0;0;0;1;1;1;1;1;1;0]
                                 [1;1;1;1;0;0;0;0;0;0;1;1;1;1;0;0]
                                 [1;1;1;1;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0]
                                 [1;1;1;1;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0]
                                 [1;1;1;1;0;0;1;1;1;0;0;0;0;0;0;0]
                                 [1;1;1;1;0;0;1;1;1;0;0;0;0;0;0;0]
                                 [1;1;1;1;0;0;1;1;1;0;0;0;0;0;0;0]
                                 [1;1;1;1;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0;0]]

,

//   
let markedMultyImages = Algorithms.markingOfConnectedComponents mulyBinImage
printfn "marked = \n %A" markedMultyImages

marked = 
 [[0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 1; 1; 1; 1; 0; 0]
 [2; 2; 2; 2; 0; 0; 0; 0; 0; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 0]
 [2; 2; 2; 2; 0; 0; 0; 0; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 1]
 [2; 2; 2; 2; 0; 0; 0; 0; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 1]
 [2; 2; 2; 2; 0; 0; 0; 0; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 1]
 [2; 2; 2; 2; 0; 0; 0; 0; 0; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 0]
 [2; 2; 2; 2; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 1; 1; 1; 1; 0; 0]
 [2; 2; 2; 2; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [2; 2; 2; 2; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [2; 2; 2; 2; 0; 0; 5; 5; 5; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [2; 2; 2; 2; 0; 0; 5; 5; 5; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [2; 2; 2; 2; 0; 0; 5; 5; 5; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
 [2; 2; 2; 2; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]]

(1, 2, 5)

, — , , .

//   

// groups key - , value -    ,   
let groups = Dictionary<int, (int*int) list>()
markedMultyImages
|> Array2D.iteri (fun row col v -> if v <> 0 then
                                       if not (groups.ContainsKey(v)) then
                                            groups.Add(v, [row, col])
                                       else
                                            groups.[v] <- (row, col)::groups.[v])

printfn "groups = \n %A" groups

groups = 
 seq
  [[1, [(9, 13); (9, 12); (9, 11); ... ]];
   [2, [(15, 3); (15, 2); (15, 1); ... ]];
   [5, [(14, 8); (14, 7); (14, 6); ... ]]]

1. ( )
2. ( )
3. ( )

let mapAreas = groups
               |> Seq.map (|KeyValue|)
               |> Map.ofSeq

//   
let areas = mapAreas
            |> Map.map (fun k v -> v |> List.length)
printfn "areas =\n %A" areas

areas — , — , —

areas =
 map [(1, 44); (2, 48); (5, 9)]

, , 1 44 , 2 — 48 , 5 — 9 .

, , , 1 , . , . , — ,

//     
    let subarrays = mapAreas
                    |> Map.map (fun k v ->
                                    let minRow = v |> List.map (fst) |> List.min
                                    let maxRow = v |> List.map (fst) |> List.max
                                    let minCol = v |> List.map (snd) |> List.min
                                    let maxCol = v |> List.map (snd) |> List.max

                                    let dimRow = maxRow - minRow + 2 + 1 // add two zeros on left and right sides
                                    let dimCol = maxCol - minCol + 2 + 1

                                    let array2d = Array2D.create dimRow dimCol 0
                                    v |> List.iter (fun elem -> (array2d.[(fst elem) - minRow + 1, (snd elem) - minCol + 1] <- multyBinImage.[fst elem, snd elem]))

                                    array2d
                               )

    printfn "subarrays =\n %A" subarrays

subarrays =
 map
  [(1, [[0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
        [0; 0; 0; 1; 1; 1; 1; 0; 0; 0]
        [0; 0; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 0; 0]
        [0; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 0]
        [0; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 0]
        [0; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 0]
        [0; 0; 1; 1; 1; 1; 1; 1; 0; 0]
        [0; 0; 0; 1; 1; 1; 1; 0; 0; 0]
        [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]]);

   (2, [[0; 0; 0; 0; 0; 0]
         [0; 1; 1; 1; 1; 0]
         [0; 1; 1; 1; 1; 0]
         [0; 1; 1; 1; 1; 0]
         [0; 1; 1; 1; 1; 0]
         [0; 1; 1; 1; 1; 0]
         [0; 1; 1; 1; 1; 0]
         [0; 1; 1; 1; 1; 0]
         [0; 1; 1; 1; 1; 0]
         [0; 1; 1; 1; 1; 0]
         [0; 1; 1; 1; 1; 0]
         [0; 1; 1; 1; 1; 0]
         [0; 1; 1; 1; 1; 0]
         [0; 0; 0; 0; 0; 0]]);

   (5, [[0; 0; 0; 0; 0]
        [0; 1; 1; 1; 0]
        [0; 1; 1; 1; 0]
        [0; 1; 1; 1; 0]
        [0; 0; 0; 0; 0]])]

. — .

//       
    let erosionMaks = array2D [[0;1;0]
                               [1;1;1]
                               [0;1;0]]

    let borders = subarrays
                  |> Map.map (fun label array2d -> Algorithms.borderAllocation array2d erosionMaks (1, 1))
    let bordersLength = borders |> Map.map (fun label elem -> elem |> Seq.cast<int> |> Seq.filter ((<>)0) |> Seq.length)

    printfn "borders =\n %A" borders
    printfn "borders length =\n %A" bordersLength

borders =
 map
  [(1, [[0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]
        [0; 0; 0; 1; 1; 1; 1; 0; 0; 0]
        [0; 0; 1; 0; 0; 0; 0; 1; 0; 0]
        [0; 1; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 1; 0]
        [0; 1; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 1; 0]
        [0; 1; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 1; 0]
        [0; 0; 1; 0; 0; 0; 0; 1; 0; 0]
        [0; 0; 0; 1; 1; 1; 1; 0; 0; 0]
        [0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0; 0]]);

(2, [[0; 0; 0; 0; 0; 0]
      [0; 1; 1; 1; 1; 0]
      [0; 1; 0; 0; 1; 0]
      [0; 1; 0; 0; 1; 0]
      [0; 1; 0; 0; 1; 0]
      [0; 1; 0; 0; 1; 0]
      [0; 1; 0; 0; 1; 0]
      [0; 1; 0; 0; 1; 0]
      [0; 1; 0; 0; 1; 0]
      [0; 1; 0; 0; 1; 0]
      [0; 1; 0; 0; 1; 0]
      [0; 1; 0; 0; 1; 0]
      [0; 1; 1; 1; 1; 0]
      [0; 0; 0; 0; 0; 0]]);

   (5, [[0; 0; 0; 0; 0]
        [0; 1; 1; 1; 0]
        [0; 1; 0; 1; 0]
        [0; 1; 1; 1; 0]
        [0; 0; 0; 0; 0]])]

borders length =
 map [(1, 18); (2, 28); (5, 8)]

1 18 , 2 — 28 5 — 8 .

.

//    
    let centers = borders
                   |> Map.map (fun k v ->
                                 let centerRow = v |> Array2D.mapi (fun r _ _ -> float r) |> Seq.cast<float> |> Seq.average // list.average requires float
                                 let centerCol = v |> Array2D.mapi (fun _ c _ -> float c) |> Seq.cast<float> |> Seq.average
                                 (int centerCol, int centerRow)
                              )
    printfn "centers =\n %A" centers

centers =
 map [(1, (4, 4)); (2, (2, 6)); (5, (2, 2))]

.

$$

$$C=\frac{μR}{σR}$$

μR —
σR —

$$

$$μR = \frac{1}{K}\sum\limits_{k=1}^{K-1}||(r_k, c_k) - (\overline{r}, \overline{c})||$$

(r_k, c_k) —
(r, c) —

//    
    let diff point1 point2 = 
        let square x = x * x
        let s1 = square ((fst point1) - (fst point2))
        let s2 = square ((snd point1) - (snd point2))
        sqrt(double (s1 + s2))

μR .

//  ,  key - , value -   (double)
let mr = borders
         |> Map.map (fun label v ->
                        let aver = v
                                    |> Array2D.mapi (fun r c v -> diff (r, c) centers.[label])
                                    |> Seq.cast<double>
                                    |> Seq.sum
                        aver / (double v.Length)
                 )

σR

$$

$$σR = (\frac{1}{K}\sum\limits_{k=1}^{K-1}[||(r_k, c_k) - (\overline{r}, \overline{c})|| - μR]^2)^{1/2}$$

let qr = borders
     |> Map.map (fun label v ->
                    let aver = v
                            |> Array2D.mapi (fun r c v ->
                                                let t1 = diff (r, c) centers.[label]
                                                let t2 = (t1 - mr.[label]) * (t1 - mr.[label])
                                                t2
                                            )
                            |> Seq.cast<double>
                            |> Seq.sum
                            |> sqrt
                aver / (double v.Length)
         )

//  .   ,   
    let roundness = mr |> Map.map (fun label v -> v / qr.[label])
    printfn "roundness =\n %A" roundness

roundness =
 map [(1, 25.06054796); (2, 20.37134197); (5, 13.43281947)]

, 1 . .

() () F#. . , . , F# , . , , F# . , . .

Les algorithmes eux-mêmes discutés dans l'article peuvent être trouvés ici. Là, dans le référentiel de tests, il y a une implémentation de la dernière partie de l'article, où les objets les plus circulaires à l'intérieur de l'image sont recherchés.
Algorithmes de morphologie binaire